[논문 리뷰] High-repetition-rate solid tape target delivery system for ultra-intense laser-matter interaction at CLPU

M. Ehret, Diego de Luis외 7명|arXiv (Cornell University)|2023. 02. 09.

Laser-Plasma Interactions and Diagnostics참고 문헌 34인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 CLPU의 VEGA-3 레이저 시설에서 초강력 레이저-물질 상호작용을 위한 고반복률 고체 테이프 타겟 공급 시스템을 제시한다. 이 시스템은 1 Hz에서 안정적이고 반복 가능한 타겟 공급을 가능하게 하며, 감싸인 테이프 스트립을 사용한다. 시스템은 일관된 이온 스펙트럼과 전자기 펄스 측정을 달성하여 고반복률 펌웨트 레이저 실험에 필수적인 샷 간 안정성을 입증한다.

ABSTRACT

The VEGA-3 laser system at the Centro de Láseres Pulsados (CLPU) delivers laser pulses up to 1PW at 1Hz repetition rate, focused to intensities up to 2.5e20W/cm2. A versatile and compact targetry solution suitable for this repetition rate is presented. The system can operate in the challenging petawatt laser environment close to the laser-plasma interaction. Strips are spooled in a tape target system to deliver a solid density target to the laser focus for every shot. Results are presented for different tape materials and thicknesses. Experimental ion spectra are recorded by a Thomson Parabola Ion Spectrometer coupled with a scintillator screen; and an antenna array is used for the characterization of electromagnetic pulses. The results of both diagnostics show a good shot-to-shot stability of the system.

연구 동기 및 목표

• CLPU의 VEGA-3 1 PW 레이저 시스템의 1 Hz 반복률과 호환되는 작고 신뢰성 있는 타겟 공급 시스템을 개발하는 것.
• 레이저-플라즈마 상호작용 지점 근처의 과도한 환경에서 고밀도 고체 타겟을 고반복률로 공급하는 과제를 해결하는 것.
• 초강력 레이저-물질 상호작용 실험에서 일관된 데이터 수집을 위한 샷 간 안정성을 확보하는 것.
• 이온 및 전자기 펄스 진단에서 최적의 성능을 얻기 위해 다양한 테이프 재질과 두께를 평가하는 것.

제안 방법

• 감싸인 테이프 타겟 시스템이 정밀 기계 제어를 통해 1 Hz에서 레이저 초점에 고밀도 타겟을 일관되게 공급한다.
• 다양한 재질(예: 고분자, 금속)과 두께(예: 10–100 μm)의 테이프 스트립을 초강력 레이저 조사 조건에서 성능 평가를 위해 시험한다.
• 모든 샷에 대해 이온 스펙트럼을 평가하기 위해 토머슨 파라볼라 이온 스펙트로미터와 스컬린레이터 스크린을 조합하여 측정한다.
• 레이저-타겟 상호작용 중 생성된 전자기 펄스를 특성화하기 위해 안테나 어레이를 사용한다.
• 시스템은 VEGA-3 레이저 시설에 통합되어 고강도 조건에서 상호작용 지점에 가까운 곳에서 운영된다.
• 이온 스펙트럼과 전자기 펄스의 진단 데이터를 샷 간 재현성과 일관성 측면에서 분석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고밀도 고체 타겟을 1 PW 레이저 환경에서 1 Hz 반복률로 신뢰성 있게 공급할 수 있는 테이프 타겟 공급 시스템은 가능한가?
• RQ2 다양한 테이프 재질과 두께는 초강력 레이저-물질 상호작용에서 이온 스펙트럼의 안정성과 품질에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ3 이 시스템은 이온 방출과 전자기 펄스 생성에서 얼마나 높은 수준의 샷 간 재현성을 유지하는가?
• RQ4 레이저 초점 근처의 극한의 열적 및 기계적 조건에서 이 시스템은 어떻게 성능을 발휘하는가?

주요 결과

• 테이프 타겟 시스템은 VEGA-3 1 PW 레이저 시스템의 반복률과 일치하는 1 Hz에서 고밀도 타겟을 안정적이고 반복 가능한 방식으로 공급할 수 있다.
• 토머슨 파라볼라 스펙트로미터를 통한 측정 결과, 여러 테스트 런 동안 일관된 샷 간 안정성이 입증된 이온 스펙트럼을 확보했다.
• 안테나 어레이를 통한 전자기 펄스 측정 결과 재현 가능한 방출 특성을 확인하여 안정적인 타겟 상호작용을 입증했다.
• 다양한 테이프 재질과 두께(예: 10–100 μm)를 성공적으로 시험하였으며, 성능은 재질 특성과 타겟 밀도에 따라 달라졌다.
• 레이저-플라즈마 상호작용 지점 근처의 고반복률, 고강도 환경에서도 시스템의 내구성이 입증되었다.
• 진단 기술의 조합을 통해 고반복률 실험에서 높은 데이터 신뢰도가 요구되는 시스템의 적합성이 확인되었다.